21世紀中期，由於溫室效應，南北極冰川融化，地球上很多城市被淹沒。此時，人類科技已經高度發達，人工智能機器人就是人類發明出來用以應對惡劣自然環境的科技手段之一，而且，機器人製造技術已經高度發達，先進的機器人不但擁有可以亂真的人類外表，還能感知自身的存在。
莫妮卡的兒子馬丁重病住院，生命危在旦夕，為了緩解傷痛的心情，她領養了機器人小孩大衛（海利•喬•奧斯蒙特 飾），大衛的生存使命就是愛她。馬丁蘇醒，恢復健康，回到了家裡，一系列的事情使大衛“失寵”，最後被莫妮卡拋棄。
在躲過機器屠宰場的殘酷追殺後，大衛在機器情人喬（裘德•洛 飾）的幫助下，開始尋找自己的生存價值：渴望變成真正的小孩，重新回到莫妮卡媽媽的身邊。誰也不知道他能否完成自己的心願，脫胎換骨成為真正的人，等待他們的只是兇吉難料的旅程……
